ПЕРЕДАЮЩИЙ/ПРИЕМНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ АКТИВНОЙ АНТЕННОЙ СИСТЕМЫ С ЭЛЕКТРОННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ Российский патент 2017 года по МПК H01Q3/28 

Изобретение относится к передающему/приемному элементу для активной антенной системы с электронным управлением согласно признакам п. 1 формулы изобретения.

Активные антенные системы с электронным управлением состоят, по существу, из трех подсистем:

А. высокочастотная распределительная и фидерная сеть (также называемая высокочастотной питающей сетью),

Б. активные передающие, приемные или комбинированные активные передающие/приемные модули, также называемые приемо-передающими модулями, расположенные между обращенными к антенне выходами высокочастотной питающей сети и элементами антенны, а также

В. элементы антенны, которые совместно покрывают общую антенную апертуру.

Такая типичная антенная система содержит несколько линейно или матрично расположенных передающих и/или приемных элементов излучателя, которые имеют лишь незначительное расстояние друг от друга, типичным образом расстояние примерно А/2, причем X представляет собой длину передаваемой/принимаемой волны. К каждому такому передающему и/или приемному элементу излучателя непосредственно присоединен передающий/приемный модуль.

Передающий/приемный модуль содержит, в общем, передающий тракт с высокочастотным передающим усилителем (также называемым усилителем мощности), а также приемный тракт, который содержит по меньшей мере один малошумящий усилитель. Кроме того, в передающем/приемном модуле предусмотрены, по меньшей мере, передающий/приемный переключатель, а также амплитудный и фазовый регулятор.

Амплитудные и фазовые регуляторы служат, с одной стороны, для выравнивания наличествующих у отдельных передающих/приемных модулей электрических допусков изготовления и, с другой стороны, для задаваемой настройки различий в амплитудах и фазах передаваемых и/или принимаемых волн на соседних, соединенных с передающими/приемными модулями, передающих/приемных элементах излучателя. За счет этого сделана возможной электрическая настройка и/или пространственный поворот передающей/приемной диаграммы направленности антенны.

Проблематичным в известных антенных системах является то, что амплитудные и фазовые регуляторы могут работать надежно и эффективно лишь в пределах заданного, ограниченного диапазона частот. Вне диапазона частот, к которому приспособлен амплитудный и фазовый регулятор передающего/приемного модуля, невозможно сколько-нибудь обоснованное распознавание сигналов. Изменение диапазона частот в антенной системе с неподвижно встроенными передающими/приемными модулями не является возможным.

DE 69630512 Т2 описывает переключаемый усилитель мощности для трансляции сигналов высокой частоты с двумя различными частотами и с двумя различными излучаемыми мощностями, получаемыми за счет синхронизации по времени четырех переключателей. Для этого предусмотрены два однополюсных переключателя, средние выводы которых соединены друг с другом посредством двух других однополюсных переключателей.

Из ЕР 0762541 А2 известен передающий/приемный элемент, который работает в высокочастотном диапазоне и используется в групповых антеннах с электронным управлением фазами. Передающий/приемный элемент имеет передающий тракт, приемный тракт, а также два однополюсных переключателя с общим средним выводом и двумя выводами для переключения между передающим трактом и приемным трактом. В добавление к этому, передающий/приемный элемент содержит многопозиционный переключатель, амплитудный регулятор и фазовый регулятор.

US 5,446,464 раскрывает передающий/приемный элемент, передающий тракт, приемный тракт с двумя однополюсными переключателями, средние выводы которых соединены друг с другом через амплитудный регулятор и фазовый регулятор. Диапазон частот передающего/приемного элемента ограничен двумя узкополосными интервалами частот 5-6 ГГц или же 9,5-10,5 ГГц.

Целью изобретения является предоставление передающего/приемного модуля, с помощью которого можно достигать надежного и эффективного распознавания сигналов в произвольно широком диапазоне частот.

Эта цель достигнута передающей/приемной системой согласно признакам предмета действующего п. 1 формулы изобретения. Другие предпочтительные варианты осуществления изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.

Передающий/приемный элемент согласно изобретению для активной антенной системы с электронным управлением содержит передающий тракт, приемный тракт, а также однополюсные переключатели с общим средним выводом и с двумя выводами для переключения между передающим трактом и приемным трактом, причем между общими средними выводами первого и второго однополюсного переключателя расположены несколько амплитудных регуляторов и несколько фазовых регуляторов. Однополюсные переключатели обозначаются также как однополюсные переключатели на два направления (положения) или же Single Pole Double Throw (SPDT).

Изобретение отличается тем, что предусмотрены однополюсные многопозиционные переключатели с общим средний выводом и числом N выводов A_{1, …, N}, причем общий средний вывод первого или же второго однополюсного переключателя соединен с общим средним выводом первого или же второго однополюсного многопозиционного переключателя, и между каждым выводом A_{1, …, N} или же выводом B_{1, …, N} из числа N выводов первого и второго многопозиционного переключателя в каждом случае подключен амплитудный регулятор AS_{1, …, N} и фазовый регулятор PS_{1, …, N}.

При этом амплитудный регулятор AS_{1, …, N} и фазовый регулятор PS_{1, …, N} образуют в каждом случае пары в составе амплитудного и фазового регуляторов, которые могут быть управляемы посредством обоих однополюсных многопозиционных переключателей. В зависимости от варианта применения антенной системы могут быть использованы свойства произвольной отдельной пары в составе амплитудного и фазового регуляторов.

В одном варианте осуществления изобретения первый и второй однополюсные многопозиционные переключатели подключены таким образом, что переключение первого и второго однополюсного многопозиционного переключателя на амплитудный регулятор AS_{1, …, N} и фазовый регулятор PS_{1, …, N} происходит синхронно. Вследствие этого обеспечено, что при переключении первого и второго однополюсного многопозиционного переключателя каждый многопозиционный переключатель соединен в каждом случае с той же парой в составе амплитудного и фазового регуляторов. Целесообразным образом, для этого предусмотрена управляющая схема.

В другом варианте осуществления изобретения амплитудный регулятор AS_{1, …, N} и фазовый регулятор PS_{1, …, N} между выводами A_{1, …, N} и B_{1, …, N} первого или же второго многопозиционного переключателя настроены в каждом случае на различные диапазоны частот. Целесообразным образом, отдельные пары в составе амплитудного и фазового регуляторов могут быть настроены, например, на L-, S-, С-, Х-, Ku-, K- или Ka-диапазон или поддиапазоны этих диапазонов или на сочетание вышеупомянутых диапазонов и/или поддиапазонов. Очевидно, пары в составе амплитудного и фазового регуляторов могут быть также настроены на диапазоны частот, которые находятся вне упомянутых диапазонов частот. Вследствие этого сделано возможным предоставление многодиапазонной антенной системы.

В другом варианте осуществления изобретения число N выводов A_{1, …, N} и B_{1, …, N} первого и второго однополюсного многопозиционного переключателя составляет 2, 3, 4, 5, 6 или 7. Целесообразным образом, число N выводов A_{1, …, N} или же B_{1, …, N} первого или же второго многопозиционного переключателя составляет 4, то есть N=4 таким образом, что может быть применен известный из уровня техники четырехпозиционный переключатель (Single Pole Four Throw, SP4T). Известные из уровня техники 8Р4Т-переключатели имеют незначительные потери.

Антенная система согласно изобретению отличается тем, что расстояние между передающими/приемными элементами составляет менее А/2, причем А представляет собой длину волны того диапазона с наивысшей частотой, который применяется в одном из передающих/приемных элементов. Это означает, что в антенной системе, в качестве примера, с двумя многопозиционными переключателями SP4T и с настроенными на диапазон S, С, X и Ku парами в составе амплитудного и фазового регуляторов, расстояние между отдельными передающими/приемными элементами в антенной системе настроено соответственно наивысшей частоте в диапазоне Ku.

В одном варианте осуществления антенной системы согласно изобретению предусмотрено управляющее устройство, выполненное для управления первым и вторым однополюсным многопозиционным переключателем. За счет этого обеспечено, что при переключении первого и второго однополюсного многопозиционного переключателя каждый многопозиционный переключатель соединен в каждом случае с той же парой в составе амплитудного и фазового регуляторов.

В другом варианте осуществления антенной системы согласно изобретению предусмотрено управляющее устройство, выполненное для управления однополюсными переключателями с целью их переключения между передающим и приемным трактами.

В другом варианте осуществления антенной системы согласно изобретению предусмотрено управляющее устройство, выполненное для управления парами в составе амплитудного регулятора и фазового регулятора с целью задания требуемой амплитуды или же фазы.

Изобретение разъяснено далее более подробно посредством чертежей. Показано на:

Фиг. 1 - схематическое построение передающего/приемного модуля согласно уровню техники,

Фиг. 2 - схематическое построение антенной системы с передающим/приемным модулем согласно изобретению в предпочтительном варианте осуществления.

На чертежах одинаковые конструктивные элементы и одинаковые функции указаны в каждом случае посредством одинаковых ссылочных обозначений.

Фиг. 1 показывает схематическое построение передающего/приемного модуля SE согласно уровню техники. Передающий/приемный модуль SE антенной системы ASys имеет вход Е для приемника (не представлен) и выход S для передатчика (не представлен). Кроме того, предусмотрен вывод М, который ведет к преобразователю с понижением или же с повышением частоты (не представлен).

Передающий/приемный модуль SE имеет три однополюсных переключателя U1, U2, U3. Посредством этих однополюсных переключателей U1, U2, U3 в передающем/приемном модуле SE может быть произведено переключение между передающим трактом SP и приемным трактом ЕР. Каждый из однополюсных переключателей U1, U2, U3 имеет в каждом случае один общий средний вывод UM1, UM2, UM3. Кроме того, каждый из однополюсных переключателей U1, U2, U3 имеет два вывода UA1_1, UA1_2; UA2_1, UA2_2; UA3_1, UA3_2, посредством которых вход Е может быть соединен через приемный тракт ЕР с выводом М или же вход S через передающий тракт SP - с выводом М.

Кроме того, предусмотрено управляющее устройство SG, которое управляет однополюсными переключателями U1, U2, U3 через сигнальный провод SL1, SL2, SL3.

На фиг. 1 в качестве примера показан вариант, в котором вход Е, то есть приемник, соединен через приемный тракт с выводом SV. Для этого первый однополюсный переключатель U1 подключен таким образом, что вывод UA1_1 соединен с общим средним выводом UM1 первого однополюсного переключателя U1. Кроме того, вывод UA2_2 соединен с общим средним выводом UM2 второго однополюсного переключателя U2. Наконец, вывод UA1_2 соединен с общим средним выводом UM3 третьего однополюсного переключателя U3. Общий средний вывод UM3 третьего однополюсного переключателя U3 соединен с выводом М.

Между общим средним выводом UM1 первого однополюсного переключателя U1 и общим средним выводом UM2 второго однополюсного переключателя U2 подключены амплитудный регулятор AS и фазовый регулятор PS. Целесообразным образом, амплитудный регулятор AS и фазовый регулятор PS подключены по последовательной схеме между общими средними выводами UM1, UM2 первого однополюсного переключателя U1 и второго однополюсного переключателя U2.

Управляющее устройство SG соединено через линию управления SL4 с парой в составе амплитудного и фазового регуляторов AS, PS для задания амплитуды и фазы.

Амплитудный регулятор AS и фазовый регулятор PS, как правило, предварительно настроены на заданный диапазон частот, например диапазон X. За счет этого передающий/приемный модуль SE может надежно работать только в пределах этого предварительно заданного диапазона частот.

Фиг. 2 показывает антенную систему с передающим/приемным модулем SE согласно изобретению в предпочтительном, примерном варианте осуществления, в котором между общим средним выводом UM1 первого однополюсного переключателя U1 и общим средним выводом UM2 второго однополюсного переключателя U2 подключены два однополюсных многопозиционных переключателя MW1, MW2, в качестве примера, с четырьмя выводами A1, А2, A3, А4 или же B1, В2, В3, В4.

Первый однополюсный многопозиционный переключатель MW1 имеет общий средний вывод MMW1, который переключаем на один из выводов A1, А2, A3, А4. Также и второй однополюсный многопозиционный переключатель MW2 имеет общий средний вывод MMW2, который переключаем на один из выводов B1, В2, В3, В4.

Между выводами A1, А2, A3, А4 и B1, В2, В3, В4 первого или же второго однополюсного многопозиционного переключателя MW1, MW2 в каждом случае подключена пара в составе амплитудного регулятора и фазового регулятора AS1, PS1; AS2; PS2; AS3; PS3; AS4, PS4, целесообразным образом, в каждом случае последовательно.

В качестве примера на фиг. 2 в первом однополюсном многопозиционном переключателе MW1 общий средний вывод MMW1 подключен к выводу А2 и соединен с ним, а во втором однополюсном многопозиционном переключателе MW2 общий средний вывод MMW2 подключен к выводу В2 и соединен с ним. Оба однополюсных многопозиционных переключателя MW1, MW2, целесообразным образом, должны быть соединены таким образом, что между обоими общими средними выводами MMW1, MMW2 первого и второго однополюсного многопозиционного переключателя MW1, MW2 постоянно подключена связанная между собой пара в составе амплитудного регулятора и фазового регулятора AS1, PS1; AS2; PS2; AS3; PS3; AS4, PS4.

В представленном на фиг. 2 варианте осуществления первая пара в составе амплитудного регулятора и фазового регулятора AS1, PS1, например, настроена на диапазон S, вторая пара в составе амплитудного регулятора и фазового регулятора AS2; PS2 настроена на диапазон С, третья пара в составе амплитудного регулятора и фазового регулятора AS3; PS3 настроена на диапазон X и четвертая пара в составе амплитудного регулятора и фазового регулятора AS4, PS4 настроена на диапазон Ku. Очевидно, также возможна настройка на иной произвольный интервал частот. В добавление к этому, изобретение не ограничено применением четырех пар в составе амплитудного регулятора и фазового регулятора, но может содержать как большее, так и меньшее их число.

Представленная на фиг. 2 антенная система имеет управляющее устройство SG, которое соединено с первым и вторым однополюсным многопозиционным переключателем MW1, MW2 через линии SL4, SL5 управления. Через линии SL1, SL2, SL3 управления управляющее устройство SG соединено с однополюсными переключателями U1, U2, U3. Через многопроводную линию SLA управления управляющее устройство SG соединено с каждой из пар в составе амплитудного регулятора и фазового регулятора AS1, PS1; AS2; PS2; AS3; PS3; AS4, PS4.

Посредством управляющего устройства SG можно управлять обоими однополюсными многопозиционными переключателями MW1, MW2, а также тремя однополюсными переключателями U1, U2, U3 и парами в составе амплитудного регулятора и фазового регулятора AS1, PS1; AS2; PS2; AS3; PS3; AS4, PS4 таким образом, что в зависимости от прикладного случая могут быть произведены переключения между отдельными парами в составе амплитудного регулятора и фазового регулятора, между амплитудными и фазовыми состояниями и между приемным и передающим трактом.

Управляющее устройство SG содержит несколько управляющих схем (не представлены), причем предусмотрена управляющая схема для управления обоими однополюсными многопозиционными переключателями MW1, MW2, управляющая схема для управления тремя однополюсными переключателями U1, U2, U3 и управляющая схема для управления парами в составе амплитудного регулятора и фазового регулятора AS1, PS1; AS2; PS2; AS3; PS3; AS4, PS4.

Изобретение относится к передающему/приемному элементу для активной антенной системы с электронным управлением. Передающий/приемный элемент (SE) для активной антенной системы (ASys) с электронным управлением, содержащий передающий тракт (SP), приемный тракт (ЕР), а также однополюсные переключатели (U1, U2, U3) с общим средним выводом (UM1, UM2, UM3) и с двумя выводами (UA1_1, UA1_2; UA2_1, UA2_2; UA3_1, UA3_2) для переключения между передающим трактом (SP) и приемным трактом (ЕР), причем между общими средними выводами (UM1, UM2) первого и второго однополюсного переключателя (U1, U2) расположены несколько амплитудных регуляторов (AS_1,…,N) и несколько фазовых регуляторов (PS_1,…,n), отличающийся тем, что предусмотрены однополюсные многопозиционные переключатели (MW1, MW2) с общим средним выводом (MMW1, MMW2) и числом N выводов (A_1,…_N, B_1,…_N), причем общий средний вывод (UM1, UM2) первого или же второго однополюсного переключателя (UA1, UA2) соединен с общим средним выводом (MMW1, MMW2) первого или же второго однополюсного многопозиционного переключателя (MW1, MW2), и между каждым выводом (A_1,…_N, B_1,…_N) из числа N выводов (A_1,…_N, B_1,…_N) первого (MW1) и второго (MW2) многопозиционного переключателя подключен в каждом случае амплитудный регулятор (AS_1,…,N) и фазовый регулятор (PS_1,…,n). Технический результат заключается в повышении надежности и эффективности распознавания сигналов в произвольно широком диапазоне частот. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Передающий/приемный элемент (SE) для активной антенной системы (ASys) с электронным управлением, содержащий передающий тракт (SP), приемный тракт (ЕР), а также однополюсные переключатели (U1, U2, U3) с общим средним выводом (UM1, UM2, UM3) и с двумя выводами (UA1_1, UA1_2; UA2_1, UA2_2; UA3_1, UA3_2) для переключения между передающим трактом (SP) и приемным трактом (ЕР), причем между общими средними выводами (UM1, UM2) первого и второго однополюсного переключателя (U1, U2) расположены несколько амплитудных регуляторов (AS_1,…,N) и несколько фазовых регуляторов (PS_1,…,n), отличающийся тем, что предусмотрены однополюсные многопозиционные переключатели (MW1, MW2) с общим средним выводом (MMW1, MMW2) и числом N выводов (A_1,…_N, B_1,…_N), причем общий средний вывод (UM1, UM2) первого или же второго однополюсного переключателя (UA1, UA2) соединен с общим средним выводом (MMW1, MMW2) первого или же второго однополюсного многопозиционного переключателя (MW1, MW2), и между каждым выводом (A_1,…_N, B_1,…_N) из числа N выводов (A_1,…_N, B_1,…_N) первого (MW1) и второго (MW2) многопозиционного переключателя подключен в каждом случае амплитудный регулятор (AS_1,…,N) и фазовый регулятор (PS_1,…,n).

2. Передающий/приемный элемент (SE) по п. 1, отличающийся тем, что первый (MW1) и второй (MW2) однополюсные многопозиционные переключатели подключены таким образом, что переключение первого (MW1) и второго (MW2) однополюсного многопозиционного переключателя на амплитудный регулятор (AS_1,…,N) и фазовый регулятор (PS_1,…,n) происходит синхронно.

3. Передающий/приемный элемент (SE) по п. 1, отличающийся тем, что амплитудный регулятор (AS_1,…,N) и фазовый регулятор (PS_1,…,n) между выводами (A_1,…_N, B_1,…_N) настроены в каждом случае на различные частотные диапазоны, прежде всего L-, S-, С-, Х-, Кu-, К- или Ка- диапазон или на поддиапазоны этих диапазонов или на сочетание вышеупомянутых диапазонов и/или поддиапазонов.

4. Передающий/приемный элемент (SE) по п. 2, отличающийся тем, что амплитудный регулятор (AS_1,…,N) и фазовый регулятор (PS_1,…,n) между выводами (A_1,…_N, B_1,…_N) настроены в каждом случае на различные частотные диапазоны, прежде всего L-, S-, С-, Х-, Кu-, К- или Ка- диапазон или на поддиапазоны этих диапазонов или на сочетание вышеупомянутых диапазонов и/или поддиапазонов.

5. Передающий/приемный элемент (SE) по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что число N выводов (A_1,…_N, B_1,…_N) первого (MW1) и второго (MW2) однополюсного многопозиционного переключателя составляет 2, 3, 4, 5, 6 или 7.

6. Антенная система (ASys) с несколькими передающими/приемными элементами (SE) по одному из пп. 3-5, отличающаяся тем, что расстояние между передающими/приемными элементами (SE) составляет менее λ/2, причем λ представляет собой длину волны того диапазона с наивысшей частотой, который применяется в одном из передающих/приемных элементов (SE).

7. Антенная система по п. 6, отличающаяся тем, что предусмотрено управляющее устройство (SG) для управления первым (MW1) и вторым (MW2) однополюсным многопозиционным переключателем, тремя однополюсными переключателями (U1, U2, U3), а также амплитудными регуляторами (AS_1,…,N) и фазовыми регуляторами (PS_1,…,n).